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Estándar de prueba de baterías de iones de litio para vehículos - Parte 1

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Estándar de prueba de baterías de iones de litio para vehículos - Parte 1

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Las baterías de iones de litio deben superar una serie de pruebas de seguridad antes de poder ser utilizadas en vehículos eléctricos. Estas pruebas de seguridad tienen por objeto comprender e identificar la debilidad y vulnerabilidad potenciales de la batería en condiciones anormales, y determinar el rendimiento de la batería en condiciones severas. Debido a la limitación de espacio, el autor sólo analiza y resume las normas y reglamentos internacionales sobre seguridad eléctrica y pruebas ambientales severas de las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos, y discute los problemas existentes en las normas.

1. Resumen de las normas y reglamentos nacionales y extranjeros

Entre las normas internacionales más importantes relacionadas con la seguridad y las pruebas ambientales duras del gas de las baterías de iones de litio para la alimentación de los vehículos eléctricos se encuentran las siguientes

IEC62660-2:2011 batería de iones de litio para energía Parte 2: prueba de fiabilidad y abuso;

ISO6469-1:2019 requisitos de seguridad para vehículos de carretera de propulsión eléctrica, Parte 1: sistema de almacenamiento de energía recargable; (iso12405-3:2014 especificación de ensayo para el paquete de baterías de tracción de iones de litio y el sistema de vehículos eléctricos de carretera, Parte 3: requisitos de rendimiento de seguridad ha sido retirado y sustituido por iso6469-1:2019);

SAEJ2464:2009 ensayo de seguridad y abuso del sistema de almacenamiento de energía recargable para vehículos eléctricos e híbridos;

SAEJ2929:2013 norma de seguridad para sistemas de baterías de iones de litio eléctricos e híbridos - batería recargable a base de litio.

Los estados miembros de la UE adoptan el reglamento técnico ECER100.02 "Disposiciones uniformes sobre la certificación de vehículos en relación con los requisitos especiales para el sistema de transmisión eléctrica" emitido por la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas el 15 de julio de 2013 como norma obligatoria.

La primera parte es aplicable al sistema de transmisión eléctrica de los vehículos de carretera de las clases m y n, con una velocidad máxima de diseño superior a 25 km/h y equipados con uno o más motores de tracción eléctrica; La segunda parte se aplica a los requisitos de seguridad de los sistemas de almacenamiento de energía recargable (REESS) para los vehículos de carretera de las categorías m y n equipados con uno o más motores de tracción eléctrica y no conectados permanentemente a la red.

2. Seguridad eléctrica y pruebas ambientales severas de la batería de iones de litio para la energía de iones de litio para automóviles

Este documento analiza y discute principalmente las normas de prueba de seguridad para las baterías de iones de litio para automóviles, y no incluye las normas y regulaciones de prueba a nivel de vehículo. La tabla 1 resume los elementos de prueba más comunes especificados en las normas y reglamentos internacionales y nacionales relacionados con las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos (en este documento sólo se analizan las pruebas de rendimiento de seguridad eléctrica y las pruebas de condiciones ambientales adversas) . Algunas normas estipulan que, en algunos casos, la prueba puede llevarse a cabo según el acuerdo entre el fabricante y el cliente. La prueba puede realizarse por separado en varios niveles y se clasificará con referencia al equipo sometido a prueba (DUT): unidad de batería (c), módulo de batería (m), paquete o sistema de baterías (P) y vehículo (V). Las normas y reglamentos establecen los requisitos de aprobación y rechazo para cada prueba, que serán "sin fuego" "sin explosión", "sin ruptura" y "sin fugas" son los criterios de aceptación de la prueba, mientras que los criterios de aprobación y rechazo de la prevención de incendios son sólo "sin explosión".

2.1 Prueba de seguridad eléctrica

2.1.1 Prueba de cortocircuito externo

El objetivo de esta prueba es evaluar el rendimiento de seguridad del DUT en caso de cortocircuito externo. Esta prueba se utiliza para evaluar el estado de activación de los equipos de protección contra sobrecorrientes o la corriente soportada por la batería sin llegar a situaciones peligrosas (por ejemplo, desbordamiento térmico, explosión, incendio) Un factor de riesgo importante es el desbordamiento térmico debido a la presencia de una gran cantidad de calor, el arco eléctrico puede dañar el circuito o reducir la resistencia del aislamiento.

Durante la prueba, conecte los polos positivo y negativo de la batería a un elemento de baja resistencia (por ejemplo, 5, 10 o 20m Ω) desde el exterior, provoque un cortocircuito desde el exterior en menos de 1s, y manténgalo durante un tiempo determinado (por ejemplo, 10min) o hasta que se utilice el dispositivo de protección contra sobrecorrientes (si lo hay). Generalmente, fusibles, disyuntores (componentes pasivos) y contactores (componentes activos) Se utilizan para evitar la sobrecorriente a nivel del módulo de la batería o del paquete de baterías.

El dispositivo de interrupción de corriente incorporado o el dispositivo de coeficiente térmico positivo se utiliza para la protección contra la sobrecorriente a nivel de la célula de la batería. Si la presión interna y/o la temperatura alcanzan el límite, la conexión entre el circuito interno y su terminal puede ser desconectada o la corriente de paso puede ser limitada. Las características temporales de estos dispositivos de protección determinan el tiempo de respuesta de desconexión o limitación de la corriente. Cuanto mayor sea la corriente, más rápida puede ser la interrupción.

Si la corriente no es lo suficientemente alta (por ejemplo, un SOC bajo) o la corriente cae rápidamente, es posible que la corriente no se interrumpa, pero esto puede suponer un peligro. Por lo tanto, la norma exige que la resistencia de cortocircuito sea mínima en caso de cortocircuito duro externo o cortocircuito suave cuando la resistencia externa sea equivalente a la resistencia interna del DUT.

Como se ha mencionado anteriormente, la norma o reglamento exige una resistencia externa fija, que es independiente del tamaño del DUT. Sin embargo, la corriente de cortocircuito inicial se ve afectada por el tamaño del DUT y su tipo de conexión (es decir, en paralelo, en serie o una combinación de ambos). Por lo tanto, utilizar la misma conexión de resistencia externa para DUTs con diferentes tamaños y tipos de conexión puede llevar a la incompatibilidad de la corriente de cortocircuito inicial de cada célula de la batería. Por ello, algunas normas estipulan que la resistencia externa debe ser mucho menor que la impedancia de la corriente continua del DUT para el cortocircuito duro. Para el cortocircuito suave, la corriente de cortocircuito inicial es pesada porque la resistencia de cortocircuito externa es mayor que la resistencia del DUT Se controla mediante la resistencia externa, por lo que la corriente de cortocircuito inicial es independiente del tamaño del sistema de almacenamiento de energía de la batería.

La temperatura afectará a la resistencia interna de la batería, es decir, a la reacción electroquímica y a la velocidad de transmisión; por lo tanto, cuanto mayor sea la corriente inicial, mayor será la temperatura, lo que provocará más calor. Además, cuanto mayor sea la temperatura, más cerca estará la temperatura del DUT de la temperatura de desbordamiento térmico. Las normas y reglamentos de la Tabla 2 no exigen la realización de pruebas de cortocircuito a una temperatura superior a la temperatura ambiente. Sin embargo, es conveniente realizar la prueba de cortocircuito a una temperatura superior a la temperatura ambiente Sí, porque es probable que el coche alcance una temperatura superior a la temperatura ambiente cuando esté aparcado al aire libre, conduciendo o cuando falle el sistema de refrigeración.

Otro parámetro que afecta a los resultados de la prueba es el estado de carga (SOC). El peor caso se consigue con un SOC alto, porque la corriente de cortocircuito inicial es la mayor, lo que es fácil que provoque un desbordamiento térmico. Por lo tanto, la mayoría de las normas exigen que se realicen pruebas al 100% de la capacidad nominal. Sin embargo, para la norma UN / ECE-R100.02:2013, las pruebas pueden realizarse al 50% del SOC (o más).